亚细胞内生物硫醇的高选择性荧光检测和成像的碳基纳米胶束比率荧光探针的设计及性能研究

It is of great importance to detect biothiols in biological systems for understanding its biological functions and accelerates the advancement of diagnosis and therapy means. The design and development of highly selective ratiometric fluorescent probes for temporal and spatial detection and imaging biothiols in organelles remains an active research field. However, the properties of fluorescence biothiols probes can not meet the requirements of research at present due to the disadvantage such as deficient organelle-targeted, or non-ratiometric fluorescent probes and low selectivity et al. In order to solve the problems，according to the photoluminescent emission spectra of carbon dots (CDs) can be adjusted, and also the spectroscopic properties of difluoroboron dipyrromethene(BODIPY) derivatives can be fine-tuned by synthetically introducing suitable substituents at the right positions of the BODIPY core. Based on the Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) theory, herein, CDs based luminescence dyes for specific labeling of mitochondria or lysosomal were prepared by functionalized triphenylphosphonium or morpholine derivatives on the surface of CDs, and also served as energy donors. The highly selective ratiometric fluorescent micellar nanoprobe for detection and imaging cysteine or glutathione in mitochondria or lysosomal was produced by encapsulate energy acceptors BODIPY fluorescent cysteine or glutathione probes and energy donors CDs into the hydrophobic interior of an amphiphilic copolymer (mPEG-DSPE). The research will develop a new way to the design and synthesis of new multifunctional carbon based nano-materials for the study used in biodetection as well as for fluorescence microscopic imaging in the future.

生物硫醇的实时检测对于生理机能的研究以及疾病的诊断和治疗具有重要的意义,开发和设计细胞器内硫醇高选择性检测和成像的比率荧光探针依然是当前的研究热点。但目前所用的硫醇探针存在着诸如不是细胞器定位，非比率测量，选择性差等缺点，不能完全满足研究所需。为解决该问题，基于碳点具有发射可调的特性，硼-二吡咯亚甲基 (BODIPY)荧光染料通过恰当的位点修饰亦可调节自身发射光谱的特点，本研究拟利用荧光共振能量转移的原理，以表面修饰了线粒体或溶酶体定位功能团三苯基膦或吗啡衍生物基团的碳点作为能量给体，以对半胱氨酸或谷胱甘肽具有高选择性的BODIPY荧光分子作为能量受体，用二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇将二者包裹组装，制备出用于线粒体或溶酶体中半胱氨酸或谷胱甘肽高选择性检测和成像的比率荧光纳米胶束。预期成果对多功能碳基纳米材料的设计和制备，以及未来在生物检测和荧光成像研究方面具有重大的理论和应用价值。

围绕基金课题“亚细胞内生物硫醇的高选择性荧光检测和成像的碳基纳米胶束比率荧光探针的设计及性能研究”，进行了BODIPY类纳米荧光探针和纳米荧光材料方面的研究中的合成和性质研究。重点开展了如下三个方面的研究工作：.①.基于BODIPY类荧光探针的合成和性质研究；.②.纳米荧光材料的合成和性质研究；.③.酶的荧光探针的合成及在细胞和活体内荧光检测和成像的应用。.BODIPY及其衍生物由于其本身具有独特的光谱学和光物理特性，一直以来被作为基本的发光基团用于设计和发展新型荧光探针，并被广泛的应用于各个领域的研究当中。我们课题旨在以BODIPY荧光探针的结构与荧光性能之间的关系为指导，设计和制备出一系列可用于测定生物小分子如生物硫醇等的荧光探针，并应用于细胞体系中。.荧光碳点优良的性质，如发光稳定、耐光漂白、粒径尺寸小、水溶性好等，尤其重要的是碳点的生物相容性和低毒性特点，使得碳点在荧光标记和生物成像上应用更加广泛；碳量子点优良的性质不断被研究和发展，基于这些性质上人们也不断扩大了碳点的应用潜力。COFs材料因具有高的比表面积、低的密度和易于功能化等突出优点，被广泛用于气体吸附和存储、催化、传感、储能和光电子器件等领域。我们课题旨在通过研究这些纳米荧光材料，研究它们在荧光检测和成像的应用，为进一步制备性能更优的纳米荧光材料奠定基础。.酶的异常活性与多种疾病直接相关，某些酶被确定为相关疾病的关键标志物。我们课题旨在以荧光探针的结构与荧光性能之间的关系为指导，设计和制备出一系列可用于测定生物酶等的荧光探针，并应用于细胞和活体内酶的荧光检测和成像。.通过四年的实验，我们按照项目的设计思路取得了相应的进展，项目执行期间，在Analytical Chemistry, Chem. Commun.,等SCI 收录刊物已发表论文25篇(25篇为通讯作者)。